JP2011151238A

JP2011151238A - 多重横モードレーザ

Info

Publication number: JP2011151238A
Application number: JP2010011885A
Authority: JP
Inventors: Takashi Motoda; 隆元田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる多重横モードレーザの提供。
【解決手段】前端面１０と後端面１２を有し、多重横モードで発振して前端面１０からレーザ光１４を出射する。ｎ型半導体基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層が順次積層されている。ｐ型クラッド層上に絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４はストライプ状の開口２６を有する。ｐ電極は、絶縁膜２４の開口２６を介してｐ型クラッド層に接続されている。ｎ型半導体基板の下面にｎ電極が接続されている。開口２６は、前端面１０の近傍において前端面１０に向かってストライプ幅が広くなるフレア領域２６ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多重横モードで発振する多重横モードレーザに関し、特にストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる多重横モードレーザに関する。

半導体レーザは、活性層を含む半導体積層構造を有する。この半導体積層構造上に絶縁膜が形成され、絶縁膜に設けられたストライプ状の開口を介して上部電極が半導体積層構造に接続される。

プロジェクションＴＶ等の表示装置や加工機等に用いられる半導体レーザでは、横モードを制御する必要がないので、横モードの高次モードが立つほどストライプ幅を広げて光出力の高出力化を図っている。即ち、多重横モードで発振する多重横モードレーザ（ワイドストライプレーザ）が用いられる。

ここで、レーザ光束の横断面における強度分布を横モードという。そして、光強度が光束の中心で最も強く、中心から離れるに従ってガウス分布的に弱くなるモードを単一横モードという（例えば、特許文献１参照）。一方、光強度が強い場所が２ヶ所以上できるモードを多重横モードという。

特開２０００−３１２０５２号公報

高出力で多重横モードレーザを駆動した場合、窓構造を形成していても、通電中に前端面近傍に光学損傷（COD: catastrophic optical damage）が起こることがあった。光学損傷が起こった前端面近傍を解析すると、必ずストライプサイドに暗部が観察された。

ストライプ内の発光部は発熱により屈折率が増加する。しかし、ストライプ幅が広いため、ストライプ内では屈折率差は生じない。従って、発光部と非発光部との屈折率差による応力がストライプサイドに集中する。この応力によりバンドギャップが減少して光吸収が増加する。また、応力により通電中に結晶欠陥が集まり、更に光吸収が増加する。また、屈折率差によりストライプサイドにおいて光の閉じ込めが大きくなり、光強度が増加する。また、ストライプサイドでは電流の供給が多くなり、光強度が増加する。以上の理由から、ストライプサイドにおいて光学損傷が起こりやすいという問題があった。

なお、単一横モード発振するレーザでは、ストライプの中心で光出力が大きくなって光学損傷が起こるものの、上記の問題は生じない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる多重横モードレーザを得るものである。

本発明は、前端面と後端面を有し、多重横モードで発振して前記前端面からレーザ光を出射する多重横モードレーザであって、半導体基板と、前記半導体基板上に順次形成された第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に形成され、共振器方向に延びるストライプ状の開口を有する絶縁膜と、前記絶縁膜の前記開口を介して前記第２導電型半導体層に接続されたｐ電極と、前記半導体基板の下面に接続されたｎ電極とを備え、前記開口は、前記前端面の近傍において前記前端面に向かってストライプ幅が広くなる領域を有することを特徴とする多重横モードレーザである。

本発明により、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる。

実施の形態１に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態１に係る多重横モードレーザを示す断面図である。比較例に係る多重横モードレーザを示す上面図である。比較例に係る多重横モードレーザの前端面近傍における光強度分布を示す図である。実施の形態１に係る多重横モードレーザの前端面近傍における光強度分布を示す図である。実施の形態１に係る多重横モードレーザの変形例を示す上面図である。実施の形態２に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態３に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態４に係る多重横モードレーザを示す上面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る多重横モードレーザについて図面を参照しながら説明する。図１は実施の形態１に係る多重横モードレーザを示す上面図である。この多重横モードレーザは、前端面１０と後端面１２を有し、多重横モードで発振して前端面１０からレーザ光１４を出射する。

図２は実施の形態１に係る多重横モードレーザを示す断面図である。ｎ型半導体基板１６上に、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、及びｐ型クラッド層２２が順次積層されている。ｐ型クラッド層２２上に絶縁膜２４が形成されている。

絶縁膜２４は、共振器方向に延びるストライプ状の開口２６を有する。ｐ電極２８は、絶縁膜２４の開口２６を介してｐ型クラッド層２２に接続されている。ｎ型半導体基板１６の下面にｎ電極３０が接続されている。破線で囲った部分が発光領域３２である。

開口２６は、ストライプ幅が一定の領域２６ａと、前端面１０の近傍において前端面１０に向かってストライプ幅が広くなるフレア領域２６ｂとを有する。

開口２６のストライプ幅は５μｍ以上である。フレア領域２６ｂの最大幅は、領域２６ａの幅よりも１μｍ以上である。フレア領域２６ｂの長さは、波長に依存するが１μｍ以上であり、ストライプ長の１／４以内である。なお、フレア領域２６ｂの幅及び長さは、温度特性や閾値電流などのレーザ特性に影響するので、目的とするレーザ特性に合わせて設計する。

実施の形態１に係る多重横モードレーザの効果について比較例と比較しながら説明する。図３は、比較例に係る多重横モードレーザを示す上面図である。ストライプ状の開口２６の幅は前端面１０から後端面１２まで同じである。その他の構成は実施の形態１と同じである。

図４は、比較例に係る多重横モードレーザの前端面近傍における光強度分布を示す図である。比較例ではストライプサイドにおいて光の閉じ込めが大きくなり、光強度が増加する。このため、ストライプサイドにおいて光学損傷３４が起こる。

図５は、実施の形態１に係る多重横モードレーザの前端面近傍における光強度分布を示す図である。実施の形態１では、前端面１０の近傍において前端面１０に向かってストライプ幅が広くなるフレア領域２６ｂを設けたため、ストライプサイドにおいて光の閉じ込めを低下させて光強度の増加を抑えることができる。

また、前端面１０でストライプ幅を広げることにより、光強度が大きな領域より応力集中部を離すことになるので、光吸収を低減できる。よって、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる。

図６は実施の形態１に係る多重横モードレーザの変形例を示す上面図である。このように、フレア領域２６ｂを前端面１０の近傍で急激にストライプ幅が広くなる形状としてもよい。

なお、レーザが多重横モードで発振するかどうかは、活性層やクラッド層や電極などの構造など（膜厚、材質、結晶組成、形状）、及び発振波長に依存する。ただし、開口２６のストライプ幅が５μｍ以上になると、多重横モードで発振しやすくなる。

また、ｎ型半導体基板１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、及びｐ型クラッド層２２として、ＡｌＧａＩｎＰ形材料、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＧａＮ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料などを用いることができる。これらの層の材質や膜厚に関係なく上記の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る多重横モードレーザについて図面を参照しながら説明する。図７は実施の形態２に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態１と同様の構成要素又は対応する構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

開口２６は、後端面１２の近傍において後端面１２に向かってストライプ幅が広くなるフレア領域２６ｃを更に有する。これにより、後端面１２の近傍でも、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る多重横モードレーザについて図面を参照しながら説明する。図８は実施の形態３に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態１と同様の構成要素又は対応する構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

開口２６は、後端面１２側から前端面１０側に向かって徐々にストライプ幅が広くなる。その他の構成は実施の形態１と同様である。この場合でも、実施の形態１と同様に、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る多重横モードレーザについて図面を参照しながら説明する。図９は実施の形態４に係る多重横モードレーザを示す上面図である。実施の形態１と同様の構成要素又は対応する構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

開口２６は、ストライプ幅が一定の領域２６ａと、前端面１０の近傍において前端面１０に向かってストライプ幅が狭くなる領域２６ｄを有する。その他の構成は実施の形態１と同様である。

前端面１０の近傍において前端面１０に向かってストライプ幅を狭くすることで、前端面１０でのストライプサイドにおける電流供給が低減される。これにより、ストライプサイドにおける光学損傷を防ぐことができる。

１０前端面
１２後端面
１４レーザ光
１６ｎ型半導体基板（半導体基板）
１８ｎ型クラッド層（第１導電型半導体層）
２０活性層
２２ｐ型クラッド層（第２導電型半導体層）
２４絶縁膜
２６開口
２６ｂ，２６ｃフレア領域
２６ｄ領域
２８ｐ電極（上部電極）
３０ｎ電極（下部電極）

Claims

前端面と後端面を有し、多重横モードで発振して前記前端面からレーザ光を出射する多重横モードレーザであって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次形成された第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層上に形成され、共振器方向に延びるストライプ状の開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記開口を介して前記第２導電型半導体層に接続された上部電極と、
前記半導体基板の下面に接続された下部電極とを備え、
前記開口は、前記前端面の近傍において前記前端面に向かってストライプ幅が広くなる領域を有することを特徴とする多重横モードレーザ。
前記開口は、前記後端面の近傍において前記後端面に向かってストライプ幅が広くなる領域を更に有することを特徴とする請求項１に記載の多重横モードレーザ。
前端面と後端面を有し、多重横モードで発振して前記前端面からレーザ光を出射する多重横モードレーザであって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次形成された第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層上に形成され、共振器方向に延びるストライプ状の開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記開口を介して前記第２導電型半導体層に接続された上部電極と、
前記半導体基板の下面に接続された下部電極とを備え、
前記開口は、前記後端面側から前記前端面側に向かって徐々にストライプ幅が広くなることを特徴とする多重横モードレーザ。
前端面と後端面を有し、多重横モードで発振して前記前端面からレーザ光を出射する多重横モードレーザであって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次形成された第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層上に形成され、共振器方向に延びるストライプ状の開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記開口を介して前記第２導電型半導体層に接続された上部電極と、
前記半導体基板の下面に接続された下部電極とを備え、
前記開口は、前記前端面の近傍において前記前端面に向かってストライプ幅が狭くなる領域を有することを特徴とする多重横モードレーザ。